photosynthesis

While every effort has been made to follow citation style rules, there may be some discrepancies. Подивіться на відповідний спосіб manual або інші джерела, якщо ви маєте будь-які питання.

Ваші editory будуть review what you’ve submitted and determine whether to revise the article.

Senior Scientist, Chemical Biodynamics Division, Lawrence Berkeley Laboratory, University of California, Berkeley, 1978-86; Research Chemist, 1949-77. Coauthor of Photosynthesis of Carbon Compounds;.

Encyclopaedia Britannica's editors oversee subject areas in which they has extensive knowledge, wheretherm of experience gained by working on this content or via study for advanced degree. Вони збирають новий вміст і доцільність і edit content received from contributors.

Photosynthesis є critical for the existence of vast majority of life on Earth. Це є спосіб, в якому віртуально всі енергетичні в biosphere стає доступними для життя. Як першорядні виробники, фотосинтетичні організми формують основу 'Earth's food webs і є consumed directly or indirectly by all higher life-forms. Додатково, майже всі оксигени в атмосфері є в процесі photosynthesis. Якщо photosynthesis ceased, вони можуть бути малою їжею або іншим органічним матір'ю на Earth, most organisms буде disappear, і Earth's atmosphere буде eventually become близько devoid of gaseous oxygen.

Процес photosynthesis is commonly written as: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. Це рішення, що реактиви, шість карбон dioxide molecules і six water molecules, є сприйнятою light energy captured by chlorophyll (іmplied by the arrow) в sugar molecule і six oxygen molecules, products. Sugar is used by the organism, and the oxygen is released as a by-product.

Потужність до photosynthesize є основою для eukaryotic і prokaryotic organisms. Більшість добре-відомих прикладів є рослини, як все, але дуже багато parasitic або mycoheterotrophic species contain chlorophyll і виробляє їх own food. Algae є решта dominant групи eukaryotic photosynthetic organisms. Всі інші, які включають масивні кліпи і мікроскопічні діатоми, є важливими першотворцями. Cyanobacteria і certain sulfur bacteria є photosynthetic prokaryotes, в якому photosynthesis evolved. Не animal є тим, щоб самостійно capable photosynthesis, через прохолодні green sea slug може temporarily incorporate algae chloroplasts в його тілі для продовольства.

News •

photosynthesis, процеси, з яких зелені рослини і певні інші організми перетворюють освіту в хімічну енергію. Під час photosynthesis в природних рослинах, світла енергія є надіслані і використані для перетворення води, карбон-діоксід, і мінеральні речовини в оксиген і енергетично-органічні речовини.

Це може бути неможливим, щоб сприймати важливість photosynthesis в maintenance of life on Earth. Якщо photosynthesis ceased, вони повинні бути трохи food або інші органічні матір на Earth. Більшість організмів повинні бути розпатлані, і в часі земної атмосфери можуть бути близько розвинені gaseous oxygen. Тільки ті організми здатні існувати під такими умовами, щоб бути хімічними бактеріями, які можуть використовувати хімічну енергію certain inorganic compounds і тому не є dependent on conversion light energy.

Енергія вироблена з photosynthesis, витрачена з рослинами мільйонів років тому, є відповідальним для fosilних fosiles (і.У past ages, green plants and small organisms that fed on plants increased faster than they they consumed, and their remains were deposited in Earth's crust by sedimentation and other geological processes. Вони, захисні від oxidation, ці органічні залишки були повільно спрямовані на fossil palivа. Ці мінеральні витрати не тільки забезпечують величезну енергію, використовувану в фабриках, будинках, і транспортування, але також служать як масивний матеріал для пластику, так і інших синтетичних продуктів. Unfortunately, modern civilization is usup up in few centuries the excess of photosynthetic production accumulated over millions of years. Відтак, карбон dioxide, який буде переміщений з повітря до карбонhydrates в photosynthesis над мільйонами років, був відновлений в неймовірно швидкий період. Карбон диоксиду концентрації в 'Earth's atmosphere rising the fastest it ever has in Earth's history, і цей phenomenon expected to have major implications on Earth's climate.

Потреби для продовольства, матеріалів, і енергетики в світі, де людська population rapidly зростає має бути створена для того, щоб сприяти збільшенню обсягу photosynthesis і ефективності перетворення photosynthetic output в продукцію useful to people. Одна відповідь до цих потреб—те, що називається Green Revolution, begun in the mid-20th century—achieved enormous improvements in agricultural yield through the use of chemical fertilizers, pest and plant-disease control, plant breeding, and mechanized . and crop processing. Цей ефект обмежений severe famines до кількох областей у світі хитромудрий population зростає, але це байдуже не eliminate widespread malnutrition. Більше, починаючи з початку 1990-х, швидкий хід на яких ієлд з великими кроками збільшився до decline. Це було особливо true for rice в Asia.Розвиток costs asocied with sustaining high rates of agricultural production, which required ever-increasing inputs of fertilizers and pesticides and constant development of new plant varieties, ase bebecame problematic for farmers in many countries.

У другій сільськогосподарській революції, заснованої на рослинах genetic engineering, був спрямований на збільшення до зростання в продуктивності продукції і там, як правило, загрожує malnutrition. Починаючи з 1970-х років, молекулярні біологічні люди мають посідати засоби до іншого матеріалу 'генетичний матеріал (деоксірибонуклеїчний acid, або DNA) з тим, що впливають на сприяння в умовах і через реставрацію, продукти їжу і якість, зменшують. However, такі traits є inherently complex, і процеси керування змінами до скромних робіт через genetic engineering ha turned out to be more complicated than anticipated. У майбутньому такий genetic engineering може бути результатом в реалізації в процесі photosynthesis, але першим десятиріччям 21-го століття, він повинен йти до демонстрації, що це може dramaticky зростати клопоту yields.

Інші інтригуючій області в студії photosynthesis буде been the discovery, що певні тварини можуть бути перевірені світла в хімічну енергію. The emerald green sea slug ( Elysia chlorotica), for example, acquires genes and chloroplasts from Vaucheria litorea, alga it consumes, giving it a limited ability до produce chlorophyll. Коли хлоропласти можуть бути assimilated, slug може forgo ingestion of food. The pea aphid (Acyrthosiphon pisum) може освітлення світла для керування енергійно-rich compound adenosin triphosphate (ATP); ця енергія має бути спрямована на aphid's manufacture of carotenoid pigments.

General characteristics

Development of the idea

Study photosynthesis began в 1771 з поясненнями, зроблені англійською легітимом і школяр Joseph Priestley. Priestley мав вирувати сміття в closed container until air within container could no longer support combustion. Він буде placed sprig mint plant in container and discovered that after several days mint had produced some substance (later recognized as oxygen) that enabled the confined air to again support combustion. У 1779 році феномен Фінська Jan Ingenhousz expanded upon Priestley's work, показуючи, що plant hald to exposed до світла if the combustible substance (i.e., oxygen) був to restored. Він також демонстрував, що ці процеси потребують вирішення природних статей.

У 1782 році він був демонстрований, що згортання-підтримка gas (oxygen) була сформована на виході з іншої gas, або “fixed air,” який був би identified the year before as carbon dioxide. Gas-exchange experiments в 1804 висловився, що gain в бік plant grown in carefully weighed pot resulted from the uptake of carbon, which came entirely from absorbed carbon dioxide, and water taken up by plant roots; balance is oxygen, released back to the atmosphere. Більшість половини центру пройшли до концепції хімічної енергетики, що була спрямована на те, щоб прийняти відповідь (в 1845), що світла енергія від сонячного світла є стійкою як хімічна енергія в продукціях, створених під час photosynthesis.

Надзвичайна реакція photosynthesis

У хімічних термінах, photosynthesis є light-energized oxidation–reduction process. (Oxidation refers to the removal of electrons from a molecule; reduction refers to the gain of electrons by a molecule.)₂O), producing oxygen gas (O₂), hydrogen ions (H + ), і electrons.₂), які є схильними до органічних виробів. sucrose-are the major direct organic products of photosynthesis.₂O)—are formed during plant photosynthesis може бути встановлений на наступному equation:

Цей еквівалент є merely a summary statement, для процесів photosynthesis фактично involves numerous reaktions catalyzed by enzymes (organic catalysts). and the “dark” період, що включає хімічні реакції, контрольовані за ензимами. . Натиснувши на ніч, ATP and NADPH формується в light-capturing reactions є використані для зменшення carbon dioxide to organic carbon compounds.

Під час 20-ї ночі, comparisons між photosynthetic processes в green plants and in certain photosynthetic sulfur bacteria забезпечується важливою інформацією про photosynthetic mechanism.₂S) як джерело hydrogen атомів і генерує sulfur instead of oxygen при photosynthesis. The overall reaction is

У 1930-х роках biologist Cornelis van Niel стверджував, що використання карбон-диооксиду в вигляді органічних сполук було подібне до двох типів photosynthetic organisms. Зауваження, що differences існують в light-dependent stage і в природі композицій, використовуваних як джерело hydrogen атомів, що зроблено, що hydrogen був переведений з hydrogen sulfide (in bacteria) or water (in green plants) to an unknown acceptor ( called A), які були reduced to H₂A. Під час глибоких реакцій, які є подібними до бактерій і природних рослин, зменшені пристосування (H₂A) reacted with carbon dioxide (CO₂) to form carbohydrate (CH₂O) і oxidize unknown acceptor to A. Цей позитивний вплив може бути визнаний:

Van Niel's proposal був важливим тому, що популярна (але невідповідна) теорія була спрямована на те, що оксиген був вилучений з диоксиду углерода (одночасно hydrogen від води, очищення оксигену) і те, що карбон буде з'єднаний з водою до форми карбогідрату (відповідно with CO₂ to form CH₂O).

By 1940 chemists були використані heavy isotopes до наступних реакцій photosynthesis. Water marked with isotope of oxygen ( 18 O) був використаний в ранніх experiments. Plants що photosynthesized in presence of water containing H₂ 18 O виготовлений oxygen gas containing 18 O; thosse that photosynthesized in presence of normal water виробляється normal oxygen gas. Ці результати забезпечені надійною підтримкою van van Niel's theory, що оксигенний gas produced під час photosynthesis is derived from water.

Процес фотосинтезу: світлова та темнова фази, значення фотосинтезу

Нині школярі вперше знайомляться зі складними процесами фотосинтезу вже у 6 класі.

Але ще 300-400 років тому відповідь на питання «звідки рослини беруть поживні речовини для побудови своїх клітин?» займав уми дослідників усього світу.

Першою і очевидною відповіддю було припущення, що із Землі. Ще в 1600 році фламандський вчений Ян Батіст ван Гельмонт вирішив перевірити вплив ґрунту на зростання рослин і провів унікальний за своєю простотою експеримент. Натураліст взяв гілочку верби та бочку із землею. Спочатку я їх зважив. А потім посадив втечу верби в бочку із землею.

Довгі п'ять років Ван Гельмонт поливав молоде деревце лише дощовою водою. А через п'ять років він викопав дерево і знову зважив дерево окремо та ґрунт окремо. Яке ж було його здивування, коли ваги показали, що дерево збільшило свою вагу майже в тридцять разів і зовсім не було схоже на скромну гілочку, посаджену в діжку. А вага ґрунту зменшилася всього на 56 грам.

Дослідник дійшов висновку, що ґрунт практично не дає рослинам будівельного матеріалу, а всі необхідні речовини рослина отримує з води.

Після ван Гельмонта різні вчені повторили його експеримент і з'явилася так звана «водна теорія харчування рослин».

Одним із тих, хто намагався протестувати проти цієї теорії, був М. В. Ломоносов. І свої заперечення він ґрунтував на тому, що високі, потужні дерева ростуть на пустельних, мізерних північних землях з рідкісними дощами. Михайло Васильович припустив, що частину поживних речовин рослини поглинають через листя, але експериментально довести свою теорію не вдалося.

І як це часто буває в науці, допоміг випадок Його величності.

Якось необережна миша, вирішивши поживитися церковними матеріалами, випадково перекинула банку і потрапила до пастки. І через якийсь час вона померла. На наше щастя, цю мишу в банку виявив Джозеф Прістлі, який був не лише священиком, а й хіміком і дуже цікавився хімією газів та методами очищення зіпсованого повітря. І тоді церковні миші не мали шансів. Вони стали учасниками різноманітних експериментів англійського вченого.

Джозеф Прістлі поставив під одну банку свічку, що горіла, а в іншу помістив мишу. Світло згасло, гризун помер.

У наш час зоозахисники посадили б його в банку, але ще 1771 року ніхто не завадив вченому продовжити свої експерименти. Прістлі помістив мишу в банку, де раніше згасло світло. Тварина загинула ще швидше.

І тому Прістлі дійшов висновку, що оскільки все життя на землі ще не померло, Бог (ми пам'ятаємо, що Прістлі був священиком) придумав якийсь процес, щоб знову зробити повітря придатним для життя. І, найімовірніше, головна роль цьому належить рослинам.

Щоб довести це, вчений взяв повітря з банки, де померла миша, і поділив її на дві частини. Він поклав м'яту в горщик у банку. А інший берег чекав свого часу. Через 8 днів рослина не тільки загинула, але навіть дала кілька нових пагонів. А гризунів залишив у банках. У тій, де росла м'ята, мишка раділа і гризла листя. А в тому, де не було м'яти, майже миттєво виявилася тушка дохлої миші.

Експерименти Прістлі надихнули вчених, і по всьому світу почали відловлювати дрібних гризунів та намагатися повторити його експерименти.

Але ми пам'ятаємо, що Прістлі був священиком і міг займатися дослідженнями цілий день до вечірньої служби.

А Карл Шееле, фармацевт зі Швейцарії, проводив експерименти у своїй домашній лабораторії у вільний час, тобто вночі, і його миші гинули незалежно від м'яти в склянці. В результаті його експериментів з'ясувалося, що рослини не покращують повітря, а роблять його непридатним для життя. А Шееле звинуватив Прістлі в обмані наукового співтовариства. Прістлі не поступився, і в результаті протистояння вчених було встановлено, що рослинам необхідне сонячне світло для відновлення повітря.

Саме ці експерименти започаткували вивчення фотосинтезу.

Дослідження фотосинтезу тривали швидкими темпами. Вже в 1782 році, всього через 11 років після досліджень Прістлі, швейцарський ботанік Жан Сенеб'є довів, що органели рослин розщеплюють вуглекислий газ у присутності сонячного світла. І ще майже сто років невдалих та успішних експериментів знадобилося вченим різних спеціальностей, щоб у 1864 році німецький вчений Юліус Сакс зміг довести, що рослини споживають вуглекислий газ та виділяють кисень у співвідношенні 1:1.

Значення фотосинтезу життя на Землі

І тепер стає зрозумілою важливість процесу фотосинтезу життя на Землі. Саме завдяки цьому складному хімічному процесу стало можливим зародження життя на Землі та існування людини.

Деякі можуть заперечити, що на землі є місця, де не ростуть ні дерева, ні чагарники, наприклад, пустелі чи арктичні льоду.Вчені довели, що частка кисню, що виділяється зеленою масою лісів, чагарників і трав, тобто рослин, що живуть на поверхні суші, становить лише близько 20% газообміну, а 80% кисню надходить з найдрібніших океанських і морських водоростей, які плавають з повітряними потоками, розносяться по всій планеті, дозволяючи тваринам дихати надзвичайно, практично позбавлені рослинності території нашої чудової планети.

Завдяки фотосинтезу навколо нашої планети утворився захисний озоновий щит, який захистив усе живе Землі від космічної і сонячної радіації, а живі організми змогли досягти суші із глибин океану.

Докладніше про «велику кисневу революцію» можна прочитати у підручнику «Біологія для 10-11 класів» за редакцією А.А. Каменського на порталі LECTA.

На жаль, кисень в даний час споживається не тільки живими істотами, але й промисловістю.

Визначення та формула фотосинтезу

Визначення та формула фотосинтезу

Слово фотосинтез складається з двох частин: фото - "світло" і синтез - "з'єднання", "творіння". фотосинтез відбувається у хлоропластах.

Схема фотосинтезу, на перший погляд, проста:

Вода + кількість світла + вуглекислий газ → кисень + вуглеводи

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

Якщо копнути глибше і подивитися на лист в електронний мікроскоп, стає ясною дивовижна річ: вода і вуглекислий газ не взаємодіють безпосередньо один з одним в жодній із структурних частин листа.

Фази фотосинтезу

Не тільки рослини, а й багато одноклітинні тварини здатні до фотосинтезу завдяки особливим органелам, які називають хлоропластами.

Хлоропласти – зелені пластиди фотосинтезуючих еукаріотів. До хлоропластів відносяться:

1. дві мембрани;
2. стоги зерна;
3. тилакоїдні диски;
4. строма - внутрішня речовина хлоропласту;
5. просвіт - внутрішня речовина тилакоїда.

Складний процес фотосинтезу складається з двох фаз: світлової та темнової. Як випливає з назви, світлова (світлозалежна) фаза протікає за участю квантів світла. Назва "темнова фаза" не означає, що процес відбувається у темряві. Точніше визначення — світлонезалежне. Для реакцій, що протікають у цій фазі, світло не є обов'язковим, і вони відбуваються одночасно зі світлом, тільки в інших частинах хлоропласту.

Багато хто помиляється, кажучи, що в процесі фотосинтезу рослини виробляють кисень, так необхідний людству. По суті, фотосинтез – це синтез вуглеводів (наприклад, глюкози), а кисень – лише побічний продукт реакції.

Світлова фаза фотосинтезу

Світлова фаза фотосинтезу відбувається на мембранах тилакоїдів. Фотон світла, що падає на хлорофіл, збуджує його, електрони вивільняються, а негативно заряджені електрони збираються на мембрані. Після того, як хлорофіл втратив усі свої електрони, квант світла продовжує впливати на воду, викликаючи фотоліз H2O.

Позитивно заряджені протони водню накопичуються на внутрішній мембрані тилакоїда.

В результаті виходить сендвіч: з одного боку – негативно заряджені електрони хлорофілу, з іншого – позитивно заряджені протони водню, а між ними – внутрішня мембрана тилакоїда.

Гідроксильні іони використовуються для отримання кисню:

Коли кількість протонів та електронів водню досягає максимуму, запускається спеціальний транспортер – АТФ-синтаза. АТФ-синтаза доставляє протони водню в строму, де вони підхоплюються спеціальним переносником нікотинаміддінуклеотидфосфатом, або скорочено НАДФ. НАДФ є специфічним переносником протонів водню у вуглеводних реакціях.

Проходження протонів водню через АТФ-синтазу супроводжується синтезом молекул АТФ з АДФ та фосфату або фотофосфорилуванням на відміну від окисного фосфорилювання.

У цей момент світлова фаза фотосинтезу закінчується, і НАДФН+ та АТФ переходять у темну фазу.

Давайте розглянемо ключові процеси світлової фази фотосинтезу:

1. Фотон потрапляє до хлорофілу та звільняє електрони.
2. Фотоліз води.
3. Виділення кисню.
4. Накопичення НАДФН+.
5. Накопичення АТФ.

У деяких рослин фотосинтез протікає за спрощеним варіантом, що називається «циклічне фосфорилювання», і цей процес розглянуто у підручнику «Біологія для 10-11 класів» за редакцією А. А. Каменського на порталі LECTA.

Що ще слід прочитати? Складні питання на ЄДІ з біології та помилки учнів на ЄДІ з біології — 2019: розклад, критерії оцінки, види завдань Цікаві факти про ДНК Навіщо потрібні мурашки по шкірі? Тема для проектної роботи з біології

Темнова фаза фотосинтезу

Темнова фаза фотосинтезу є сукупність ферментативних реакцій, які у строме хлоропласту.Результатом таких реакцій є відновлення поглиненого СО2 за допомогою НАДФН+ та АТФ із легкої фази, а також синтез складних органічних речовин.

В даний час вчені виявили три різні типи реакцій, які відбуваються під час темної фази фотосинтезу.

Залежно від метаболізму СО2-рослини поділяються на:

1. Рослини C3 - це більшість сільськогосподарських культур, що ростуть у помірному кліматі, де CO2 в результаті реакцій перетворюється на фосфогліцеринову кислоту.
2. Рослини С4 – рослини тропіків і субтропіків, найживучі бур'яни. У цих рослинах в результаті реакцій СО2 перетворюється на оксалоацетат.
3. САМ-рослини - це особливий тип фотосинтезу С4 у рослин, які відчувають нестачу вологи.

Зупинимося докладніше на реакціях фотосинтезу С3, який властивий більшості рослин і називається циклом Кальвіна.

Мелвін Кальвін, американський хімік, був удостоєний Нобелівської премії з хімії у 1961 році за визначення порядку реакцій асиміляції CO2.

У результаті реакцій циклу утворюється глюкоза. Для утворення однієї молекули глюкози послідовні реакції циклу Кальвіна відбуваються одна за одною до шести разів, і для її побудови використовуються шість молекул СО2, вісімнадцять молекул АТФ, дванадцять НАДФН+ і двадцять чотири протони.

У ході подальших досліджень із міченим радіоактивним вуглецем було встановлено, що в деяких тропічних та субтропічних рослин синтез вуглеводів відбувається по-іншому. На 1966 року австралійські вчені М. Хетч та К. Слек описали фотосинтез С4, який на їх честь названий циклом Хетча-Слека.

Основна відмінність між цими шляхами фотосинтезу у тому, що з рослин С3 процес фотосинтезу відбувається у клітинах мезофілу, а й у рослин С4 — як і клітинах мезофілу, і у клітинах вистилки судинних пучків.

На погляд може здатися безглуздим збільшувати кількість реакцій. Але в природі немає нічого безглуздого та зайвого. А шлях фотосинтезу C4 - це еволюційна адаптація рослин до більш сухого та теплого клімату. Вирощування в умовах обмеженого водопостачання призвело до зменшення транспірації для зменшення втрат води, що, у свою чергу, призвело до нестачі вуглекислого газу та необхідності його концентрації у мантійних клітинах.

Існує ще один унікальний механізм фотосинтезу, характерний для сукулентів. Його називають САМ (кислотний метаболізм товстуни) – «шлях фотосинтезу». Хімічні реакції аналогічні метаболізму С4, але тут хімічні реакції поділені над просторі, а часі. Вуглекислий газ накопичується вночі.

Перебіг фотосинтетичних реакцій у цьому варіанті дозволяє рослинам здійснювати процес фотосинтезу за умов значного дефіциту вологи. Вважається, що цей шлях фотосинтезу сформувався останнім у ході еволюції.

Вивчаючи шляхи фотосинтезу, ви, можливо, помічали, що в ході еволюції виробляються унікальні адаптивні механізми для різних умов життя від сухих пустель до глибокого океану.

Значення фотосинтезу для рослин

Для зростання та розвитку рослинам необхідні органічні речовини та енергія. Вони одержують власні компоненти для фотосинтезу.Утворення органічної речовини є основною метою фотосинтезу рослин, а виробництво кисню вважається сторонньою стороною реакції.

Рослини унікальні тим, що їм не потрібні інші організми для виробництва енергії. Тому вони утворюють окрему групу – автотрофи (у перекладі з давньогрецької «годую себе»).

Як відбувається фотосинтез

Фотосинтез відбувається у рослинній клітині, у невеликих платівках, званих хлоропластами. Переважно хлоропласти, які у шарі мезофілу, містять речовини зеленого кольору, звані хлорофілом. Це також частина клітини, яка працює з хлорофілом для синтезу фотонів.

Будова рослинної клітини

Особливості частин рослинних клітин:

1. Клітинні стінки: забезпечують структурний та механічний захист, захищають клітини від шкідників, визначають форму клітин, контролюють швидкість та напрямок росту та надають форму рослині.
2. цитоплазма. Забезпечує місце для багатьох процесів хімічного контролю, керованих ферментами.
3. Мембрани: діють як бар'єри, які контролюють потік речовин у клітину та з неї.
4. Хлорофіл: Як уже говорилося, це зелений елемент, який може поглинати енергію під час фотосинтезу.
5. Вакуоль: Цитоплазма клітини, що зберігає воду.
6. Ядро клітини містить генетичні структури ДНК, які контролюють активність клітин.

Хлорофіл поглинає світлову енергію, необхідну для фотосинтезу. Не всі колірні довжини хвиль світла поглинаються. Рослини в першу чергу поглинають хвилі червоного та синього кольору – вони не поглинають світло зеленої зони.

Особливості проходження процесів фотосинтезу

Фотосинтез може відбуватися у зелених рослин, водоростей та багатьох бактерій, що становлять флору нашої планети. Для повного проходження цієї хімічної реакції необхідні такі причини:

• вуглекислий газ;
• хлоропласти;
• сонячний промінчик;
• температура;
• вода.

Хлоропласти беруть участь у процесі фотосинтезу у вищих рослин. Ці напівавтономні органи мають овальну форму та містять зелений пігмент – хлорофіл. Саме через його присутність частина рослинності має ще й зелений відтінок.

Морські та річкові водорості містять хлорофіл, який відображає хроматофіл та містить пігменти. У цьому процесі беруть участь і інші червоні водорості через невелику кількість променів, що до них доходять. При аналізі харчового ланцюга живого на початку виявляться фотосинтезуючі органи. Автотрофи живлять багатьох істот Землі.

Фотосинтез означає, що кисень, що утворюється, може бути викинутий в атмосферу. Це необхідно для дихання всіх рослин та тварин. Коли кисень піднімається у верхні шари атмосфери, він допомагає сформувати озоновий шар, який захищає поверхню Землі від надмірної дії ультрафіолетових променів.

Світлова та темнова фази фотосинтезу. Їхній взаємозв'язок.

Світлова фаза фотосинтезу протікає у фертильних мембранах тилакоїдів. Фотон світла, що вражає хлорофіл, руйнує та вивільняє електрони, накопичуючи негативні електронні заряди на мембранах. Після того, як хлорофіл втратив усі свої електрони, кількість світла, що все ще впливає на подачу води, викликає фотоліз H2O.

Позитивно заряджені протони водню накопичуються у внутрішній мембрані тилакоїда.

В результаті виходить такий сендвіч: з одного боку – негативний заряд електрона від хлорофілу, з іншого – позитивно заряджені протони водню, а між ними – внутрішня мембрана тилакоїду.

Число електронів та протонів водню досягало максимуму, особливо коли запускався носій - АТФ-синтазу. АТФ-синтаза виштовхує протони водню в строму, де вони збираються спеціальним переносником, нікотинаміддінуклеотидфосфатом, або скорочено НАДФ. Нікотинамідинуклеотидфосфат є специфічним переносником протонів водню у вуглеводних реакціях.

Проходження протонів водню через синтез аденозинтрифосфату супроводжується синтезом молекул аденозиндифосфату, фосфатуванням та фотофосфорилуванням, а не окисним фосфорилуванням.

У цей час світлова фаза фотосинтезу закінчується і НАДФН+ і аденозинтрифосфат переходять у темну фазу.

Давайте розглянемо ключові процеси фотосинтезу:

1. Фотон потрапляє до хлорофілу та звільняє електрони.
2. Фотоліз води.
3. Виділення кисню.
4. Ми накопичуємо НАДФН+.
5. Накопичення аденозинтрифосфату (АТФ).

У деяких рослин фотосинтез протікає у спрощеному варіанті, який називається «циклічне фосфорилювання».

Темнова фаза фотосинтезу являє собою серію ферментативних реакцій, що протікають у стромі хлоропласту. Результатом цієї реакції є відновлення поглиненого CO2 за рахунок НАДФН+ та АТФ з легкої фази та синтез складних органічних сполук.

Вчені виділяють три різні типи реакцій, які відбуваються у темну фазу фотосинтезу.

За метаболізмом СО2 рослини поділяються на:

1. Рослини C3 - це всі рослини, які ростуть в помірному кліматі, де в результаті реакції CO2 перетворюється на фосфогліцеринову кислоту.
2. Рослини С4 - тропічні та субтропічні, найбільш стійкі бур'яни. У цих рослинах в результаті реакцій СО2 він перетворюється на оксалоацетат.
3. Рослини CAM є особливим типом фотосинтезу C4 у рослин з дефіцитом води.

Давайте подивимося на реакцію фотосинтезу С3, яка є частиною більшості рослин, яка називається циклом Кальвіна.

Мелвін Кальвін, американський хімік, отримав Нобелівську премію з хімії у 1961 році за визначення порядку реакцій асиміляції CO2.

У результаті реакцій циклу утворюється глюкоза. Для утворення однієї молекули глюкози цикл Кальвіна повторюється шість разів поспіль, і для її утворення було використано 6 молекул СО2, 18 молекул аденозинтрифосфату, дванадцять НАДФН+ та 24 протони.

У ході подальших досліджень з радіоактивно міченим вуглецем було виявлено, що синтез вуглеводів відбувається по-різному в деяких тропічних та субтропічних рослин. У 20-му році дослідники М. Хетч та К. Лаксіті описали фотосинтез С4, який на їх честь назвали циклом Хетча-Лакса.

Основна відмінність між двома шляхами фотосинтезу у рослин С3 полягає в тому, що процес фотосинтезу відбувається тільки в клітинах мезофілу, тоді як у рослин С4 він відбувається як у клітинах мезофілу, так і судинному пучку клітин вистилки.

На погляд здається безглуздим збільшувати кількість реакцій. Однак у природі немає нічого безглуздого чи зайвого. А шлях фотосинтезу C4 – це еволюційна адаптація рослин до більш сухого та теплого клімату.Її зростання в умовах обмеженого водопостачання призвело до зменшення транспірації за рахунок зменшення втрат води, що, у свою чергу, призвело до відсутності виділення вуглекислого газу та необхідності концентрувати його в клітинній оболонці.

Існує ще один унікальний механізм фотосинтезу, характерний для сукулентів. Це називається САМ – «шлях фотосинтезу». Хімічні реакції аналогічні до метаболізму C4, але хімічні реакції поділені в часі, а не в просторі. Вуглекислий газ накопичується у темряві.

У цьому варіанті відбувається фотосинтетична реакція, що дозволяє рослинам здійснювати фотосинтез в умовах значної нестачі води. На думку дослідників, цей метод фотосинтезу нещодавно було впроваджено в еволюцію.

Вуглекислий газ у процесі фотосинтезу

Рослини поглинають вуглекислий газ із повітря через листя. Вуглекислий газ надходить через невеликий отвір в основі продихів листа.

У нижній частині листя клітини розташовані пухкі, так що вуглекислий газ досягає інших клітин листя. Це також означає, що кисень, що утворюється в процесі фотосинтезу, легко залишити лист. Вуглекислий газ, що міститься у повітрі, вдихається у дуже низьких концентраціях і діє як необхідний фактор на цій фазі фотосинтезу.